Subcell FDTD method for ultrawideband applications
Çok geniş bantlı uygulamalar için alt hücre FDTD yöntemi
- Tez No: 999436
- Danışmanlar: DR. FUMIE COSTEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The Unıversıty Of Manchester
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sonlu farklar zaman alanı (FDTD) yöntemi, basitliği ve sağlamlılığı sayesinde elektromanyetik dalganın yayılımını simüle etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Radar teknolojisinden bioelektromanyetizme kadar pek çok uygulama, son yıllarda FDTD yöntemi kullanılarak geniş bantlı simülasyonlar gerçekleştirmiştir. Ancak, FDTD yönteminin temel dezavantajı, ince katmanlar, eğimli yüzeyler ve dar boşluklar gibi elektriksel olarak küçük geometrik özellikleri modellemedeki zorluktur. FDTD yöntemi bu tür geometrik özellikleri çözmek için kullanıldığında, problem alanının çok ince bir şekilde örneklenmesini gerektirir ve bu nedenle FDTD ızgara noktalarının artışı ve Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) koşulunu sağlamak için küçük zaman adımlarının kullanılması sebebiyle bellek ve işlemci zamanı açısından aşırı hesaplama kaynakları talep eder. FDTD yönteminin hesaplama verimliliğini artırmak amacıyla, bu tezde FDTD yönteminde frekans bağımlı ince katmanları modellemek için bir alt hücre tekniği geliştirilmiştir. Frekans bağımlılığı, tek kutuplu Debye modeli ile temsil edilmekte ve Yardımcı Diferansiyel Denklemler (ADE) formülasyonu aracılığıyla FDTD yöntemine dahil edilmektedir. Önerilen teknik, elektriksel olarak küçük geometrik özellikler içeren kaba bir hücrede Maxwell-Ampere denkleminin integral formunun uygulanmasına dayanmakta ve ardından alan bileşenlerini zaman içinde iki farklı yaklaşımla ilerletmektedir; birinci yaklaşım, hücredeki frekans bağımlı ortam sayısı M olmak üzere (M + 1). dereceden bir diferansiyel denklemin çözülmesini gerektirirken, ikinci yaklaşım M adet ikinci dereceden eşzamanlı denklemin çözülmesini gerektirir. Bu tezde, bir hücrede birden fazla Debye ortamı mevcut olduğunda, yüksek dereceli diferansiyel denklemlerin çözümünün hücredeki frekans bağımlı ortam sayısına yoğun şekilde paralel olması nedeniyle sayısal simülasyonlarda ikinci yaklaşım kullanılmıştır. Sayısal simülasyonlardan elde edilen sonuçlar, hem zaman alanında hem de frekans alanında analitik çözümler ve sayısal referanslarla karşılaştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
The finite-difference time-domain (FDTD) method is widely used to simulate the propagation of the electromagnetic wave, owing to its simplicity and robustness. Many applications, ranging from radar technology to bioelectromagnetism, have utilised broadband simulations using the FDTD method over recent years. However, the main drawback of the FDTD method is the difficulty in modelling electrically-fine geometrical features, including thin layers, curved surfaces and narrow slots. When the FDTD method is employed to resolve such geometrical features in a problem space, it requires very fine spatial sampling of the problem space, and thus it demands excessive computational resources in terms of memory and CPU time, due to the increase in the FDTD grid points and small time-step usage required to satisfy the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition. To enhance computational efficiency of the FDTD method, this thesis develops a subcell technique to model frequency-dependent thin layers in the FDTD method, where the frequency dependency is represented by the one-pole Debye model, and incorporated into the FDTD method by means of Auxiliary Differential Equation (ADE) formulation. The proposed technique relies on applying the integral form of the Maxwell-Ampere equation in a coarse cell containing electrically-fine geometrical features, and then advancing the field components in time using two different approaches; the first approach requires the solution of (M + 1)-order differential equation, where M is the number of frequency dependent media in the cell, whereas the second approach requires the solution of M 2nd-order simultaneous equations. In this thesis, the latter approach is used in the numerical simulations when more than one Debye medium exists in a cell, due to the fact that the solution of high-order differential equations become intensely-parallel to the the number of frequency-dependent media in the cell. The obtained results from the numerical simulations are compared with analytical solutions, and with numerical references in both the time domain and frequency domain.
Benzer Tezler
- Plasmonics from metal nanoparticles for solar cell applications
Güneş pilleri için metal nanoparçacık plazmonik uygulamaları
MEHMET CAN GÜNENDİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
- Mikrodalga ile ısıtmada ısı ve nem transferinin incelenmesi
Investigation of heat and moisture transport with microwave heating
ENVER TOLGA ARTAN
Doktora
Türkçe
2003
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. FAHRİ BURŞUK
- Improving the near infrared region sensitivity of CMOS image sensors
CMOS görüntü sensörlerinin yakın kızılötesi bölge hassasiyetinin geliştirilmesi
MUSTAFA ÖZBER YÜCEKUL
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAdana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUD YUSUF TANRIKULU
- A high-order discontinuous galerkin level set reinitialization with finite volume subcell stabilization
Sonlu hacim alt hücre stabilizasyonlu yüksek dereceli süreksiz galerkin ile level set yeniden ilklendirmesi
SILA YÜKSEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ KARAKUŞ
PROF. DR. TIM WARBURTON
- Floresan protein işaretli CCDC124 proteininin hücresel lokalizasyonu ve stres şartlarında hücre altı translokasyonu
Cell localization and subcell translocation of fluorescent protein labeled CCDC124 protein at stress conditions
AGİT ÇETİNKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
GenetikGebze Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UYGAR HALİS TAZEBAY